转子跳动检测仪及其测试数据处理方法
【专利摘要】本发明所设计的转子跳动检测仪，包括ARM核心板，其特征是所述的ARM核心板前端设置有4通道16位模拟数字转换电路和采样控制逻辑电路，其中采样控制逻辑电路与4通道16位模拟数字转换电路数据连接，在4通道16位模拟数字转换电路和采样控制逻辑电路之前设置有传感器信号调理电路。这种转子跳动检测仪，通过ARM核心板，完成转子机械跳动传感器、综合跳动传感器信号的同步数据采集，并对数据进行处理、运算获得相应的机械跳动、综合跳动及电跳动数据显示与液晶显示屏上，同时可将检测数据上传至上层监控计算机，供计算机做进一步的分析处理，以跳动数据周向波形图、极坐标图等形式提供给用户，供用户检查转子加工质量。
【专利说明】转子跳动检测仪及其测试数据处理方法
【技术领域】
[0001]本发明属于旋转机械转子加工质量检测领域，特别涉及一种转子机械跳动及转子被测表面由于制造所产生的剩余磁场或电位差所引起的“电”跳动量的检测仪及其测试数据处理方法。
【背景技术】
[0002]旋转机械，尤其是高速旋转机械，由于其转子旋转速度很高，转子加工误差所引起的机械跳动和“电”跳动量(简称“机械-电跳量”)直接影响其工作过程中的振动状态，严重时甚至导致机组难以正常运行。作为转子加工误差评定工具之一转子“机械-电跳量”检测仪，是检测转子加工质量的关键仪器，也是旋转机械生产企业的加强产品质量管理、保障产品质量的重要手段。
[0003]目前，转子“机械-电跳量”的机械跳动检测主要通过接触式千分表进行人工检测，“机械-电跳量”的综合跳动检测通过电涡流传感器配合间隙测试仪器通过人工观察记录测量，而电跳动由于需要对机械跳动和综合跳动实施同步测量，并通过人工数据处理的方式进行分离取得。在实际测量中尚无成熟的仪器可能进行自动处理，且测试精度也难以保证。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有转子跳动在线测量的困难以及人工检测效率低下、精度不高的缺点，提供了一种同步检测机械跳动和综合跳动的测试仪器，并通过相配套的数据处理方法对机械跳动和综合跳动数据进行处理，以获取精确的机械跳动、综合跳动及电跳动检测结
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[0005]为了达到上述目的，本发明所设计的转子跳动检测仪，包括ARM核心板，其特征是所述的ARM核心板前端设置有4通道16位模拟数字转换电路和采样控制逻辑电路，其中采样控制逻辑电路与4通道16位模拟数字转换电路数据连接，在4通道16位模拟数字转换电路和采样控制逻辑电路之前设置有传感器信号调理电路，所述的传感器信号调理电路包括机械跳动传感器信号调理电路、综合跳动传感器信号调理电路和键相传感器信号调理电路；所述的机械跳动传感器信号调理电路连接机械跳动传感器，综合跳动传感器信号调理电路连接综合跳动传感器，键相传感器信号调理电路连接键相传感器；所述的ARM核心板后端设置有键盘及液晶显示、SD卡接口、USB接口和网络接口。
[0006]作为优选方案，所述的机械跳动传感器信号调理电路连接两通道机械跳动传感器，综合跳动传感器信号调理电路连接两通道综合跳动传感器。
[0007]—种上述转子跳动检测仪的测试数据处理方法，是将机械跳动传感器信号调理电路、综合跳动传感器信号调理电路对2通道机械跳动及2通道综合跳动传感器输入的信号进行变换、滤波、放大处理后输入4通道16位模拟数字转换电路供4通道16位模拟数字转换电路进行数据采集，键相传感器信号调理电路对键相输入信号进行滤波、脉冲整形后输入采样控制逻辑电路，用于提供转子跳动检测的参考相位角，并供采样控制逻辑电路进行转速采集;ARM核心板及采样控制逻辑电路根据键相传感器信号调理电路提供的参考相位，触发控制4通道16位模拟数字转换电路实现转子机械跳动量与综合跳动量的等角度间隔同步数据采集，ARM核心板对采集数据进行运算处理，获取机械跳动、综合跳动及电跳动的最大、最小跳动量及其对应的角度位置并对应向键盘及液晶显示、SD卡接口、USB接口和网络接口输出。
[0008]作为优选方案，用户根据现场实际情况自主确定机械跳动和综合跳动传感器在待测截面的初始安装夹角，检测仪可根据用户指令检测标定实际安装夹角，根据跳动量测量时同一截面内机械跳动和综合跳动传感器的安装夹角，循环平移机械传感器的测试数据实现与综合跳动传感器信号的相位对齐，保证跳动量计算的准确性。
[0009]作为优选方案，用4节高斯滤波器进行检测数据的平滑处理，设测量信号为r(i)，m(i)为中间计算结果，s(i)为零相移滤波输出结果。则有差分方程:
[0010]m(i)=b[r(i)+r(1-l)] + (l-2b)m(i_l)
[0011]s (M-1) =b [m(M_i) +m (M-1+1) ] + (l_2b) s (M-1+1)
[0012]式中b为滤波器系数，?=1，...，Μ，Μ为一周均匀采样点数。并且为了消除高斯滤波器的边缘效应，利用跳动量采集数据的整周特性，对M个采样数据分两次滤波，第一次滤波去除首尾各N个采样点，保留剩下的Μ-2Ν个滤波数据，第二次滤波平移起始点位置，截取对应的2Ν个滤波数据合并到上一次的滤波数据上，最终得到整个圆周跳动数据的滤波输出。
[0013]本发明所得到的转子跳动检测仪，通过ARM核心板，完成转子机械跳动传感器、综合跳动传感器信号的同步数据采集，并对数据进行处理、运算获得相应的机械跳动、综合跳动及电跳动数据显示与液晶显示屏上，同时可将检测数据上传至上层监控计算机，供计算机做进一步的分析处理，以跳动数据周向波形图、极坐标图等形式提供给用户，并可出具检测结果报告，供用户检查转子加工质量。
[0014]同时这种转子跳动检测仪及其测试数据处理方法还具有以下优点:
[0015](1)可接收2通道机械跳动与2通道综合跳动传感器输入，并具有I通道键相输入用于提供初始测试相位，能同时完成两个截面或端面跳动检测，实现了转子“机械-电跳量”检测的自动化、智能化，提高了检测效率。
[0016](2)可由用户根据现场实际情况自主确定机械跳动和综合跳动传感器在待测截面的初始安装夹角，检测仪软件可根据用户指令检测标定实际安装夹角，自动循环平移传感器的测试数据实现两传感器信号的相位对齐，保证跳动量计算的准确性。
[0017](3)转子“机械-电跳量”检测数据处理采用4节高斯滤波器进行检测数据的平滑处理，有效提闻了检测精度。
[0018](4)通过各种输出接口输出，具有完善的检测数据记录、分析、管理以及检测数据图形化显示功能，可根据用户设立的门限实现转子跳动超限报警，出具检测报告，实现转子检测数据的档案化管理，便于故障回溯。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明转子“机械-电跳量”检测仪原理框图。
[0020]图2为本发明转子“机械-电跳量”检测仪内置测试软件模块结构图。[0021]图3为本发明转子“机械-电跳量”检测仪内置测试软件检测流程图。
【具体实施方式】
[0022]下面通过实施例结合附图对本发明作进一步的描述。
[0023]实施例1:
[0024]如图1所示，本实施例描述的转子跳动检测仪，包括ARM核心板1，所述的ARM核心板I前端设置有4通道16位模拟数字转换电路2和采样控制逻辑电路4，其中采样控制逻辑电路4与4通道16位模拟数字转换电路2数据连接，在4通道16位模拟数字转换电路2和采样控制逻辑电路4之前设置有传感器信号调理电路3，所述的传感器信号调理电路3包括机械跳动传感器信号调理电路31、综合跳动传感器信号调理电路32和键相传感器信号调理电路33 ;所述的机械跳动传感器信号调理电路31连接机械跳动传感器，综合跳动传感器信号调理电路32连接综合跳动传感器，键相传感器信号调理电路33连接键相传感器；所述的ARM核心板I后端设置有键盘及液晶显示5、SD卡接口 6、USB接口 7和网络接口 8。其中所述的机械跳动传感器信号调理电路31连接两通道机械跳动传感器，综合跳动传感器信号调理电路32连接两通道综合跳动传感器。
[0025]一种上述转子跳动检测仪的测试数据处理方法，是将机械跳动传感器信号调理电路、综合跳动传感器信号调理电路对2通道机械跳动及2通道综合跳动传感器输入的信号进行变换、滤波、放大处理后输入4通道16位模拟数字转换电路供4通道16位模拟数字转换电路进行数据采集，键相传感器信号调理电路对键相输入信号进行滤波、脉冲整形后输入采样控制逻辑电路，用于提供转子跳动检测的参考相位角，并供采样控制逻辑电路进行转速采集;ARM核心板及采样控制逻辑电路根据键相传感器信号调理电路提供的参考相位，触发控制4通道16位模拟数字转换电路实现转子机械跳动量与综合跳动量的等角度间隔同步数据采集，ARM核心板对采集数据进行运算处理，获取机械跳动、综合跳动及电跳动的最大、最小跳动量及其对应的角度位置并对应向键盘及液晶显示、SD卡接口、USB接口和网络接口输出。
[0026]工作时，用户根据现场实际情况自主确定机械跳动和综合跳动传感器在待测截面的初始安装夹角，检测仪可根据用户指令检测标定实际安装夹角，根据跳动量测量时同一截面内机械跳动和综合跳动传感器的安装夹角，循环平移机械传感器的测试数据实现与综合跳动传感器信号的相位对齐，保证跳动量计算的准确性。键相传感器可安装于转子其他截面周向的任意位置，其作用是提供跳动检测的初始参考相位，供用户确定跳动最大值、最小值所处角度位置。转子“机械-电跳量”检测原理为首先同步检测机械跳动和综合跳动数据，然后根据机械跳动与综合跳动传感器的初始安装夹角，对机械跳动或综合跳动数据进行移相处理，使得机械跳动与综合跳动数据相位对齐，通过计算综合跳动与机械跳动的差值获取转子电跳动值。最后，对三种跳动数据进行分析处理，获取各自跳动最大值、最小值及其所处的相位角。本实施例可同时接收2通道机械跳动和2通道综合跳动传感器输入，可同时完成两个截面或端面跳动检测，极大地提高了检测效率。
[0027]同时本实施例用4节高斯滤波器进行检测数据的平滑处理，设测量信号为r(i)，m(i)为中间计算结果，s(i)为零相移滤波输出结果。则有差分方程:
[0028]m (i) =b [r (i) +r (i~l) ] + (l_2b) m (i~l)[0029]s (M-1) =b [m (M-1) +m (M-1+1) ] + (l_2b) s (M-1+1)
[0030]式中b为滤波器系数，?=1，...，Μ，Μ为一周均匀采样点数。并且为了消除高斯滤波器的边缘效应，利用跳动量采集数据的整周特性，对M个采样数据分两次滤波，第一次滤波去除首尾各N个采样点，保留剩下的Μ-2Ν个滤波数据，第二次滤波平移起始点位置，截取对应的2Ν个滤波数据合并到上一次的滤波数据上，最终得到整个圆周跳动数据的滤波输出。
[0031]如图2所示，转子跳动检测仪内置测试软件包括系统参数设置、样本数据处理、跳动量指标计算、传感器相位检测、传感器安装位置标定、跳动量数据表监视、涡流传感器间隙电平调整、转速测量、连续样本采集、网络接口通信等功能模块。其中系统参数设置用于配置检测仪工作参数，样本数据处理对检测数据进行高斯滤波、物理值标定，跳动量指标计算用于计算机械跳动、综合跳动、电跳动最大、最小值及其所处相位角，传感器相位检测用于确定跳动检测初始相位，触发跳动数据采集，传感器安装位置标定用于检测待测截面内机械跳动与综合跳动传感器初始安装夹角，跳动量数据表监视采用表格方式在线监视各跳动量的当前检测结果，涡流传感器间隙电平调整用于消除涡流传感器的初始间隙电压、转速测量用于测量转子旋转速度及计算相位实现跳动数据的等相位角采样、连续样本采集用于实现跳动数据的多转连续采集，可用于检验跳动检测结果的一致性，并可进一步通过等相位角平均提高跳动检测精度、网络接口通信用于与上层计算机跳动检测软件交换数据。
[0032]如附图3所示，转子跳动检测仪的检测流程:首先进行检测初始化，包括分配样本数据与跳动指标数据缓冲区、设置A/D中断、清除键相标记点、样本采集标记点、设置滤波器频率、A/D采样频率、信号参考电平、A/D采样方式、允许A/D中断等，然后进入测试循环，采集转子转速，并通过键相及A/D中断处理程序，完成转子旋转一周内的跳动数据等相位角采集，当键相标记点差大于O且当前采样时间与转速一致时，即完整一周的数据采集完成，通过高斯滤波器进行样本数据平滑处理，并根据机械跳动传感器与综合跳动传感器的初始安装夹角循环平移样本数据，使得机械跳动与综合跳动数据相位对齐后计算跳动量指标，并在液晶显示屏显示相关结`果。
【权利要求】
1.一种转子跳动检测仪，包括ARM核心板，其特征是所述的ARM核心板前端设置有4通道16位模拟数字转换电路和采样控制逻辑电路，其中采样控制逻辑电路与4通道16位模拟数字转换电路数据连接，在4通道16位模拟数字转换电路和采样控制逻辑电路之前设置有传感器信号调理电路，所述的传感器信号调理电路包括机械跳动传感器信号调理电路、综合跳动传感器信号调理电路和键相传感器信号调理电路；所述的机械跳动传感器信号调理电路连接机械跳动传感器，综合跳动传感器信号调理电路连接综合跳动传感器，键相传感器信号调理电路连接键相传感器；所述的ARM核心板后端设置有键盘及液晶显示、SD卡接口、USB接口和网络接口。
2.根据权利要求1所述的转子跳动检测仪，其特征是所述的机械跳动传感器信号调理电路连接两通道机械跳动传感器，综合跳动传感器信号调理电路连接两通道综合跳动传感器。
3.—种如权利要求2所述的转子跳动检测仪的测试数据处理方法，其特征是:机械跳动传感器信号调理电路、综合跳动传感器信号调理电路对2通道机械跳动及2通道综合跳动传感器输入的信号进行变换、滤波、放大处理后输入4通道16位模拟数字转换电路供4通道16位模拟数字转换电路进行数据采集，键相传感器信号调理电路对键相输入信号进行滤波、脉冲整形后输入采样控制逻辑电路，用于提供转子跳动检测的参考相位角，并供采样控制逻辑电路进行转速采集;ARM核心板及采样控制逻辑电路根据键相传感器信号调理电路提供的参考相位，触发控制4通道16位模拟数字转换电路实现转子机械跳动量与综合跳动量的等角度间隔同步数据采集，ARM核心板对采集数据进行运算处理，获取机械跳动、综合跳动及电跳动的最大、最小跳动量及其对应的角度位置并对应向键盘及液晶显示、SD卡接口、USB接口和网络接口输出。
4.根据权利要求3所述的转子跳动检测仪的测试数据处理方法，其特征是用户根据现场实际情况自主确定机械 跳动和综合跳动传感器在待测截面的初始安装夹角，检测仪根据用户指令检测标定实际安装夹角，根据跳动量测量时同一截面内机械跳动和综合跳动传感器的安装夹角，循环平移机械传感器的测试数据实现与综合跳动传感器信号的相位对齐，保证跳动量计算的准确性。
5.根据权利要求4所述的转子跳动检测仪的测试数据处理方法，其特征是用4节高斯滤波器进行检测数据的平滑处理，设测量信号为r(i)，m(i)为中间计算结果，s(i)为零相移滤波输出结果，则有差分方程:
m(i) =b [r (i) +r (i~l) ] + (l_2b)m(i_l)
s(M-1)=b[m(M-1)+m(M_i+l)]+(l_2b)s(M-1+1) 式中b为滤波器系数，i=l,…，M，M为一周均匀采样点数；并且为了消除高斯滤波器的边缘效应，利用跳动量采集数据的整周特性，对M个采样数据分两次滤波，第一次滤波去除首尾各N个采样点，保留剩下的M-2N个滤波数据，第二次滤波平移起始点位置，截取对应的2N个滤波数据合并到上一次的滤波数据上，最终得到整个圆周跳动数据的滤波输出。
【文档编号】G01B7/00GK103808463SQ201310526908
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年10月30日 优先权日:2013年10月30日
【发明者】赵坚勇, 刘俊, 蔡亮, 杨鸣, 许云飞, 董太宁, 钱克钧, 刘桂兴 申请人:杭州汽轮机股份有限公司